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EFEITO DA URBANIZAÇÃO SOBRE A INFILTRAÇÃO E O ESCOAMENTO
SUPERFICIAL NA CIDADE DE TERESINA/PI.
Cristiane Barbosa Monteiro 1; Mariana Fontenele Ramos 2; Giovana Mira de Espindola 3; Carlos Ernando da Silva 4 & Alessandro de Araújo Bezerra 5
RESUMO – Os processos hidrológicos de uma região podem ser afetados quando se ocorre uma
urbanização não planejada. A presente pesquisa objetivou demonstrar como os fenômenos de infiltração e escoamento superficial foram alterados com a urbanização da cidade de Teresina, considerando a evolução entre 1991 e 2018. Utilizou-se o balanço hídrico para computar as entradas e saídas do sistema hidrológico e obteve-se os mapas de uso e ocupação do solo através do sítio eletrônico MapBiomas. Os resultados mostraram que, entre os anos analisados, houve um aumento da área considerada como urbana em 116,84%, a infiltração decresceu cerca de 6,5% e o escoamento superficial aumentou 7,2%. Tais alterações servem de alerta para que a gestão municipal oriente o crescimento da cidade de modo a garantir a preservação dos ambientes naturais e, consequentemente, o bem-estar da população.
ABSTRACT – The hydrological processes of a region can be affected when an unplanned
urbanization occurs. This research aimed to demonstrate how the phenomena of infiltration and runoff were changed with the urbanization of the city of Teresina, considering the evolution between 1991 and 2018. the maps of land use and occupation through the MapBiomas website. The results induced that, between the resulting years, there was an increase in the area considered urban as in 116.84%, the infiltration decreased about 6.5% and the runoff increased 7.2%. These changes serve as a warning for municipal management to guide the growth of the city in order to guarantee the preservation of natural environments and, consequently, the well-being of the population.
Palavras-Chave – Urbanização. Infiltração. Escoamento superficial.
INTRODUÇÃO
O processo de urbanização está relacionado ao crescimento da população urbana que, muitas vezes, provoca a ocupação e a extensão territorial da cidade. Dados das United Nations (2018) mostram que em 1950 cerca de 30% da população mundial era urbana; em 2018 esse valor cresceu para 55% e a projeção para 2050 é de 68%. Tal processo, quando não planejado, provoca uma série de impactos que interferem, por exemplo, no ciclo hidrológico de uma região.
1) Mestranda do Programa de Desenvolvimento e Meio Ambiente – PRODEMA da UFPI. Avenida Universitária, n° 1310, Teresina/PI. E-mail:
cristiane.bmonteiro@hotmail.com.
2) Mestranda do Programa de Desenvolvimento e Meio Ambiente – PRODEMA da UFPI. Avenida Universitária, n° 1310, Teresina/PI. E-mail:
marianafontenele1@gmail.com
³) Professora Doutora da Universidade Federal do Piauí. Avenida Universitária, s/n, Teresina/PI. E-mail: giovanamira@ufpi.edu.br
⁴) Professor Doutor da Universidade Federal do Piauí. Avenida Universitária, s/n, Teresina/PI. E-mail: carlosernando@gmail.com
O crescimento urbano afeta diretamente os fenômenos de infiltração e escoamento superficial, pois provocam a substituição de áreas naturais e/ou seminaturais por ambientes construídos e impermeabilizados. Registra-se um aumento da quantidade de água escoada superficialmente e uma diminuição na quantidade infiltrada, que pode gerar consequências como o aumento no número de registros de alagamentos e enxurradas e uma atenuação na recarga dos aquíferos (BENINI; MEDIONDO, 2015).
O aumento gradativo do volume e das vazões escoadas, a transferência dos impactos para jusante e a exposição crescente da população aos riscos são alguns dos reflexos de uma organização urbana que desconsidera as águas pluviais em suas intervenções (DINIZ, 2015). Fazer a quantificação dos impactos oriundos da urbanização em relação aos sistemas hidrológicos é fundamental para constituir previsões futuras e realizar um planejamento preventivo que vise minimizar as consequências oriundas daquela. Nesse sentido, as modificações constantes ocorridas nos espaços urbanos têm sido alvo de inúmeras pesquisas que possuem a intenção de analisar as consequências destas interferências.
Desse modo, o objetivo do presente estudo é estimar as parcelas médias anuais de infiltração e escoamento superficial na cidade de Teresina, Piauí, considerando dois anos distintos em que se demonstre a evolução da urbanização na cidade. É necessário compreender como esse fenômeno interfere nas questões de drenagem urbana e destacar a importância de se realizar gestão e controle do desenvolvimento da cidade.
METODOLOGIA
Área de estudo
A cidade de Teresina localiza-se no Centro-Norte do Piauí e é considerada a primeira capital planejada do Brasil, surgida de um plano urbano regular composto por ruas retilíneas e concentração de poderes – governo, justiça e igreja – em torno da praça principal (TEIXEIRA; CORREIA, 2018). O município encontra-se inserido em uma região de clima subúmido seco, sendo comandado pela variabilidade temporal e espacial da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). Esse clima se caracteriza por ser tropical continental, com duas estações bem definidas, uma chuvosa no primeiro semestre, incluindo os meses de dezembro a maio, e uma seca no segundo semestre, de julho a novembro (MENEZES et al., 2016).
Nos últimos anos, ocorreu na cidade de Teresina, como acontece em grande parte das cidades brasileiras, o aumento da ocupação do solo urbano, provocando, inevitavelmente, a retirada da vegetação nativa de grandes áreas, substituída por equipamentos urbanos (ALBUQUERQUE & LOPES, 2016). Isso é percebido na Tabela 1, na qual apresentam-se os dados demográficos de
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Teresina entre 1991 e 2019. Entre 1991 e 2000, a população teresinense cresceu 2,04%, já a brasileira 1,63%; entre 2000 e 2010 esse crescimento foi menor, de 1,41% para Teresina e 1,17% para o Brasil (ATLAS, 2013).
Tabela 1 – Dados demográficos de Teresina.
População População (1991)¹ População (2000)¹ População (2010)¹ População (2018)²
População total 590568 100% 707994 100% 814230 100% 861442
População urbana 556911 94,3% 677470 95,7% 767557 94,27% -
População rural 33657 5,70% 30524 4,31% 46673 5,73% -
Fonte: Adaptado de Atlas (2013)¹ e IBGE (2018)²
Balanço hídrico
O balanço hídrico é um sistema utilizado para estimativa do monitoramento da água no solo por meio da aplicação do princípio de conservação de massa para a água. Através dele, podem-se computar as entradas e saídas da água em um sistema hidrológico (PEREIRA et al., 1997). Considerando-o um sistema em equilíbrio, o fluxo de água corresponderá a zero, conforme mostrado na Equação 1.
Σ I - Σ O = 0 ⇒ P - ES - ETP - R = 0 ⇒ R = P - ES - ETP (1)
em que: I é o inflow, O é o outflow, P é a precipitação média mensal, ES é o escoamento superficial médio mensal, ETP é a evapotranspiração média mensal e R é a recarga subterrânea média mensal (ou infiltração).
Os dados de precipitação utilizados foram baseados no registro do posto n° 00542012 da Agência Nacional de Águas – ANA, localizado na região central da cidade de Teresina, para os anos de 1989 a 2019. Para a evapotranspiração, utilizou-se os arquivos da Normal Climatológica de Evaporação Total do Instituto Nacional de Meteorologia – INMET para os anos de 1981 a 2010.
Seguiu-se a metodologia exposta em Coelho Filho et al. (2017) para o cálculo da evapotranspiração e do escoamento superficial. Os dados de evaporação foram convertidos para evapotranspiração por meio da multiplicação dos respectivos valores pelos coeficientes citados em Naghettinni (1999), sendo o fator de correlação igual a 0,8 para áreas naturais e 0,7 para áreas urbanizadas. Para a estimativa do escoamento superficial, adotou-se os valores de Pinheiro (2011) em que 90% da precipitação é convertida em escoamento nas áreas urbanas e 40% nas áreas rurais.
Mapas de uso e ocupação do solo
Os mapas foram extraídos da plataforma on-line MapBiomas, para os anos de 1991 e 2018, e a classificação abrangeu sete categorias: formação florestal, formação savânica, formação campestre, agropecuária solo exposto, infraestrutura urbana e corpos hídricos. Considerou-se como parcela
urbana apenas a referente à “Infraestrutura urbana”, por estar associada diretamente às regiões impermeáveis; as demais, por permitem a infiltração, foram admitidas como parcela rural.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Na Figura 1, mostram-se os dados médios mensais de precipitação e de evaporação para a cidade de Teresina. A precipitação média anual é de 1350,22 mm e entre Janeiro e Abril chove aproximadamente 73% do estimado para o ano; a média mensal de precipitação é de 112,52 mm. A evaporação anual é de 1587,60 mm e os meses de maiores registros são de Agosto a Novembro; a média mensal de evaporação é de 132,30 mm.
a) b)
Figura 1 – Dados médios mensais de Teresina para a) precipitação; b) evaporação.
Nas Tabela 2 e 3, apresentam-se os valores das variáveis necessárias para o cálculo do balanço hídricos nas regiões, respectivamente, urbanas e rurais de Teresina. Nota-se que para a zona urbana, o balanço ficou sempre negativo, indicando que não há recarga subterrânea ao longo do ano. Para a zona rural, os meses entre Janeiro e Maio ficaram com o balanço positivo, permitindo-se a infiltração.
Tabela 2 – Cálculo do balanço hídrico para zona urbana de Teresina. Variável
(mm)
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
P 204.9 238.1 287.1 254.6 121.4 26.9 15.3 7.2 9.1 25.8 51.5 108.5 E 95.8 58.6 60.0 55.5 84.7 93.8 148.6 187.9 198.3 208.1 248.6 147.7 ES 184.4 214.3 258.4 229.1 109.3 24.2 13.8 6.5 8.1 23.2 46.3 97.7 ETP 67.1 41.0 42.0 38.9 59.3 65.7 104.0 131.5 138.8 145.7 174.0 103.4 Balanço -46.6 -17.2 -13.3 -13.4 -47.1 -63.0 -102.5 -130.8 -137.9 -143.1 -168.9 -92.5 Recarga 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
5 Tabela 3 – Cálculo do balanço hídrico para zona rural de Teresina.
Variável (mm)
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
P 204.9 238.1 287.1 254.6 121.4 26.9 15.3 7.2 9.1 25.8 51.5 108.5 E 95.8 58.6 60.0 55.5 84.7 93.8 148.6 187.9 198.3 208.1 248.6 147.7 ES 81.9 95.2 114.8 101.8 48.6 10.8 6.1 2.9 3.6 10.3 20.6 43.4 ETP 76.6 46.9 48.0 44.4 67.8 75.0 118.9 150.3 158.6 166.5 198.9 118.2 Balanço 46.3 96.0 124.3 108.3 5.1 -58.9 -109.7 -146.0 -153.2 -151.0 -168.0 -53.1 Recarga 46.3 96.0 124.3 108.3 5.1 0 0 0 0 0 0 0
Vale ressaltar que, no município, no espaço urbano, por meio das variáveis de precipitação e evapotranspiração, constatou-se que o período com excedente hídrico, ou seja, os meses que apresentaram precipitação superior à evapotranspiração, foram os meses de dezembro a maio. Por outro lado, de julho a novembro observou-se a existência de um déficit hídrico. Já na área rural de Teresina, constatou-se que os meses com excedente hídrico foram os de janeiro a maio, e os com déficit os de junho a novembro.
Na Figura 2, apresenta-se a evolução da urbanização em Teresina para os anos de 1991 e 2018. Pode-se perceber um aumento notório da porção urbana no município, na qual no ano de 1991 correspondia a 72,71 km², enquanto a área rural era equivalente a 1307,12 km², já no ano de 2018 a área urbana de Teresina passou a ser de 157,68 km² e a rural igual a 1222,31 km². Identificou-se um aumento da urbanização, ao longo dos anos avaliados, equivalente a 116,84%.
O volume médio de escoamento superficial do município nos espaços urbanos e rurais foi obtido através do produto dessa variável pelas áreas consideradas para os anos escolhidos. Do mesmo modo foi realizado o cálculo para obtenção do volume infiltrado.
Assim, considerando o quadro de urbanização da cidade de Teresina para o ano de 1991, verificou-se um volume médio anual de infiltração igual a 41.382.221,68 m³, ao mesmo tempo que o escoamento superficial médio anual equivale a 66.193.797,42 m³. Isto é, a infiltração corresponde a 62,52% do escoamento superficial, ou seja, o escoamento superficial é 1,59 vezes superior que a infiltração.
Para o ano de 2018, em que houve um aumento de 116,84% da urbanização em relação a 1991, a média anual do volume infiltrado no município é igual a 38.697.125,13 m³, enquanto o escoamento superficial médio anual corresponde a 70.980.444,83. Desse modo, para esse ano analisado, o volume de escoamento superficial é 1,83 vezes superior que o infiltrado, isto é, a taxa de infiltração em Teresina corresponde a 54,52% do escoamento superficial.
Confrontando os dados calculados de infiltração entre os anos 1991 e 2018, percebeu-se uma diminuição de 6,5%, ou seja, os valores totais dessa variável reduziram cerca de 2.685.096,6 m³ aos longo dos anos observados. O comparativo mensal entre os dois anos analisados encontra-se na Figura 3a.
A comparação dos dados de escoamento superficial entre os anos 1991 e 2018 indicou um aumento de 7,2% dessa variável, isto é, houve um acréscimo de aproximadamente 4.786.647,4 m³ de volume anual escoado. Na Figura 3b, apresenta-se a variação do escoamento superficial mensal para os anos observados.
a) b)
Figura 3 –Comparativo entre: a) Recarga (Infiltração); b) Escoamento superficial em Teresina para os anos 1991 e 2018.
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CONCLUSÕES
A urbanização na cidade de Teresina induziu alterações no uso e ocupação do solo que influenciaram diretamente no seu sistema hidrológico. Por meio dos dados obtidos, percebeu-se um avanço relevante da taxa de urbanização entre os anos 1991 e 2018, resultando no aumento do volume de águas pluviais escoadas superficialmente e na diminuição do volume infiltrado no solo.
Percebe-se que a cidade ainda continua em um processo de expansão e que é importante a implantação de medidas que orientem esse processo. Dever-se-ia realizar um controle intenso das possíveis mudanças do uso e cobertura do solo, buscando a preservação, principalmente, das áreas de infiltração e dos corpos hídricos.
No Plano Diretor de Ordenamento Territorial de Teresina (TERESINA, 2019) já existem medidas que visam orientar o desenvolvimento com vista à manutenção da sustentabilidade local, tais como o estabelecimento da percentagem mínima de áreas permeável em lotes e a demarcação de áreas públicas consideradas como de interesse ambiental. Essas exigências, para resultados efetivos, devem ser extremamente rígidas e fiscalizadas constantemente, uma vez que buscam principalmente a recarga dos aquíferos, necessária para o equilíbrio ambiental.
A pesquisa estudou o município como um todo, mas, sugere-se que os próximos estudos foquem especialmente as bacias hidrográficas que ainda possuem baixa taxa de ocupação, pois, em tais locais o solo está mais susceptível às mudanças que podem interferir diretamente na dinâmica hidrológica local.
AGRADECIMENTOS
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq pelo apoio financeiro, respectivamente, às alunas Cristiane Barbosa Monteiro e Mariana Fontenele Ramos.
REFERÊNCIAS
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